Sản xuất tấm cao su: luyện, cán tráng, lưu hóa và kiểm lô nhận hàng

Sản xuất tấm cao su cán đi qua năm bước: phối liệu, luyện phôi, cán tráng ba trục, lưu hóa ở 140 đến 200°C rồi kiểm cuộn. Tấm cán dày 0.4 đến 12.7mm, khổ tới khoảng 1.4 mét. Máy ép mâm nhiệt hoặc tang Rotocure chỉ đổi bước lưu hóa, mọi bước khác giữ nguyên.

Các công đoạn sản xuất tấm cao su từ phối liệu đến kiểm cuộn

Nhà sản xuất WARCO (Mỹ) mô tả dây chuyền với những máy và mốc nhiệt trong bảng dưới. Đọc theo thứ tự này, người mua biết một lỗi trên tấm thành phẩm bắt đầu từ khâu nào.

Khâu	Máy móc	Mốc kỹ thuật	Việc soát
Phối liệu	Cân điện tử, phiếu công thức	Công thức mẫu lấy cao su 100, than đen 40, lưu huỳnh 2 (phr)	Mỗi chất đủ khối lượng
Mẻ gốc	Máy luyện kín Banbury	Nhiệt lên khoảng 150°C	Than đen tan đều
Nghỉ phôi	Kho phôi	Hạ nhiệt trước mẻ cuối	Phôi nguội đồng đều
Mẻ cuối	Luyện kín, có thể luyện hở	Cho lưu huỳnh và xúc tiến khi phôi dưới 100 đến 110°C	Tránh cháy sớm (scorch)
Làm phôi	Máy luyện hở hai trục	Giữ ổn định tốc độ và nhiệt của trục	Thợ nhìn phôi lần đầu
Cán tráng	Máy cán ba trục	Độ mở khe trục định ra chiều dày 0.4 đến 12.7mm	Đo dày suốt khổ
Phủ lớp lót	Giấy bóng kính, giấy hoặc vải	Mặt trơn, mặt mờ hoặc vân vải	Chống các vòng cuộn dính nhau
Lưu hóa	Ép mâm nhiệt, tang Rotocure hay nồi hấp	Ép 140 đến 160°C; tang 150 đến 200°C	Mức chín của tấm
Gỡ lót, rắc bột	Máy cuộn tấm	Chen màng lót hay bột giữa các vòng	Cuộn không dính
Xẻ và cuộn	Máy xẻ	Khổ WARCO xẻ được: 55 inch, tương đương 1.4 mét	Mép thẳng, đủ khổ
Kiểm cuộn	Thước cặp, đồng hồ Shore A	Soi độ cứng, chiều dày, mặt tấm, bọt khí và vệt loang màu	Lập phiếu kiểm cho lô

Cách thứ hai là tạo hình và lưu hóa luôn trong máy ép mâm nhiệt, phổ biến nhất theo tài liệu của Kintek. Kích thước mâm khống chế kích thước tấm liền. Tấm cán và tấm ép khác nhau về mặt tấm và dung sai chiều dày, hai điểm đối chiếu được lúc nhập kho.

Công thức phối liệu quyết định gì trong sản xuất tấm cao su

Công thức ghi theo phr, nghĩa là số phần khối lượng cho mỗi 100 phần cao su. Mẫu cao su tự nhiên do ChemCeed đưa ra cộng lại 153 phần, trong đó cao su 100 phần chiếm khoảng 65% khối lượng. Nhà máy nào cũng có công thức riêng, bảng dưới chỉ để hiểu vai trò từng chất.

Chất	Phần (phr)	Tác dụng
Cao su tự nhiên NR	100	Khung đàn hồi, định ra dải nhiệt và môi chất chịu được
Than đen N330	40	Tăng cường độ bền kéo, giảm mài mòn
Dầu naphthenic	5	Làm phôi mềm để than đen dễ phân tán
Kẽm oxit ZnO	3	Hoạt hóa phản ứng với lưu huỳnh
Axit stearic	1	Đi cùng ZnO, giúp ZnO phân bố đều
Lưu huỳnh	2	Nối các mạch cao su khi lưu hóa
Xúc tiến CBS	0.8	Chất xúc tiến chính, làm chín nhanh hơn
Xúc tiến MBTS	0.2	Chất xúc tiến đi kèm
Phòng lão TMQ	1	Giữ tấm khỏi ozone và lão hóa thời tiết
Cộng cả mẻ	153	Cao su khoảng 65% khối lượng

Lưu huỳnh định ra độ chín: ít quá thì tấm non, nhiều quá thì cứng giòn. Than đen và chất độn nặng hơn cao su nên tấm nhiều độn có tỷ trọng lớn hơn tấm ít độn cùng loại. Do đó cân kiểm tỷ trọng là cách rẻ và nhanh nhất để người mua dò công thức. Đổi polymer sẽ ra loại khác: NBR chịu dầu, EPDM dùng ngoài trời, silicone chịu nhiệt khô. Hai tấm đen cùng dày vẫn có thể khác vật liệu, vì vậy nhãn cuộn phải ghi tên vật liệu; bài các loại cao su so sánh từng polymer.

Vì sao luyện hai giai đoạn trong sản xuất tấm cao su

Tách làm hai để cao su không chín sớm. Mẻ gốc (cao su, than đen, dầu) được đánh trong máy Banbury đến khoảng 150°C cho than đen phân tán hết, sau đó nghỉ cho nguội. Đến mẻ cuối, lưu huỳnh và xúc tiến mới vào khi phôi dưới 100 đến 110°C.

Nếu lưu huỳnh vào lúc phôi còn nóng, phản ứng bắt đầu ngay trong máy: phôi cứng, không cán nổi, cả mẻ phải bỏ. Người mua không thấy khâu này nhưng thấy kết quả. Mẻ nào bị cân nhầm nguyên liệu sẽ có tỷ trọng lệch, và ASTM D297 (cân thủy tĩnh) đo ra độ lệch đó.

Cán tráng ba trục trong sản xuất tấm cao su: chiều dày và mặt tấm

Phôi ấm đi qua khe trên cùng của ba trục, rồi khe dưới đẩy tấm xuống lớp lót để cuộn. Độ mở khe cuối định ra chiều dày: WARCO cán dải 1/64 tới 1/2 inch (cỡ 0.4 đến 12.7mm); mỗi cuộn dài chừng 3.8 đến 110 mét.

Lớp lót	Mặt tấm	Dung sai chiều dày
Giấy bóng kính	Trơn	Chặt, hợp cắt gioăng
Giấy	Mờ	Gần bằng mặt trơn
Vải	Vân vải in sâu	Cần mức rộng hơn tấm trơn (ISO 3302-1)

Cao su còn nở ở khe trục và lúc lưu hóa, nên chiều dày thành phẩm không trùng độ mở khe; nhà máy bù bằng kinh nghiệm. Vì chiều dày phải đạt ở mọi điểm của khổ, người nhận lô cũng đo cả hai mép lẫn giữa khổ.

Ba cách lưu hóa trong sản xuất tấm cao su

Nhiệt làm lưu huỳnh nối các mạch cao su, cho tấm đàn hồi và trở lại hình cũ sau khi bị nén. Ba cách lưu hóa khác nhau về thiết bị, nhiệt độ và chiều dài tấm làm được mỗi lần.

Cách làm	Thiết bị	Số liệu	Phù hợp
Ép mâm nhiệt	Máy ép thủy lực	140 đến 160°C; chi tiết mỏng mất vài phút, sản phẩm dày từ 30 phút	Tấm lẻ, tấm dày
Rotocure liên tục	Tang thép nung hơi, băng thép ép tấm sát tang	150 đến 200°C, áp khoảng 0.3 MPa, tốc độ 5 đến 50 mét/giờ, thời gian chín 4 đến 35 phút	Cuộn dài như băng tải, tấm lót sàn
Nồi hấp	Bình hơi chịu áp	WARCO không nêu nhiệt và áp	Cuộn cán sẵn trên lớp lót
Kích thước tang	Tang thép của Rotocure	Rộng 1200 đến 2500mm, đường kính 700 đến 1500mm	Khống chế khổ tối đa

Nhiệt vào lõi chậm nên tấm dày phải lưu hóa lâu. Thực hành thường cộng 1 phút cho mỗi milimet vượt 6mm: mẫu chín sau 6 phút ở 150°C thì tấm 22mm cần khoảng 22 phút. Thiếu giờ hoặc thiếu nhiệt cho tấm non, nhất là ở lõi; thừa thì tấm giòn. Mặt tấm không lộ hai lỗi này; phải đọc độ cứng, bền kéo, giãn dài trên phiếu kiểm mới thấy.

Sản xuất tấm cao su theo vật liệu: NR, NBR, EPDM, silicon, Viton

Dải nhiệt, độ cứng và tỷ trọng khác nhau theo polymer. Khối lượng một mét vuông bằng tỷ trọng nhân chiều dày tính bằng milimet, nên cân là kiểm được lô.

Loại tấm	Nhiệt độ làm việc	Shore A	Tỷ trọng (g/cm³)	Chiều dày có sẵn
Tấm cao su NR	-30 đến 80°C	40 đến 80	1.5 đến 1.6	1 đến 20mm, dày hơn làm theo đơn
Tấm cao su chịu dầu NBR	-30 đến 120°C	60 đến 70 (đệm), 70 đến 80 (chịu mài)	1.5 đến 1.6	1 đến 20mm
Tấm cao su EPDM	-40 đến 120°C	60 đến 70	1.25	1, 2, 3, 5, 10, 20mm
Tấm silicon	-40 đến 200°C	65 ± 5 theo COA	1.3 ± 0.1	1 đến 20mm
Tấm cao su Viton FKM	-20 đến 200°C	70 đến 75	1.8 đến 2.0 tùy mác	1, 2, 3, 5, 10mm
Cao su bố vải 1 đến 4 lớp bố	120°C khô, 80°C ướt	50 đến 80	Theo vật liệu bọc	3, 5, 8, 10mm

Tấm NR hoặc NBR dày 10mm nặng khoảng 15 đến 16 kg/m², EPDM dày 3mm khoảng 3.75 kg/m². NBR để ngoài nắng thì nứt chân chim trong 6 đến 12 tháng; EPDM gặp dầu khoáng thì trương. Hai loại cùng đen, mắt thường không phân biệt được, nên giữ nhãn cuộn đến khi cắt hết.

Kiểm lô và dung sai chiều dày khi nhận tấm cao su

Tại kho làm được sáu phép: đo chiều dày (ISO 3302-1), đo Shore A (ASTM D2240), cân khối lượng mỗi mét vuông, soi mặt tấm, ngửi mùi và xem phiếu kiểm. Bền kéo và giãn dài (ASTM D412) phải có máy kéo nên chỉ đọc trên phiếu, kèm so số lô với nhãn cuộn. Mẫu thử Shore A phải dày 6.4mm, chồng nhiều lớp nếu cần, đọc sau 1 giây, vì lớp mỏng chịu ảnh hưởng của mặt bàn.

Tiêu chuẩn ISO 3302-1 xếp dung sai tấm cán vào ba cấp ST1, ST2, ST3, càng về sau càng rộng. Với tấm 3mm, mức cho phép là ±0.25mm (ST1), ±0.40mm (ST2) và ±0.50mm (ST3); từ trên 16mm thì tính phần trăm chiều dày.

Cấp	đến 1.00mm	1.00 đến 1.60mm	1.60 đến 2.50mm	2.50 đến 4.00mm	4.00 đến 6.30mm	6.30 đến 10mm	10 đến 16mm	Trên 16mm
ST1 (±mm)	0.15	0.15	0.20	0.25	0.35	0.40	0.50	3.5%
ST2 (±mm)	0.20	0.25	0.35	0.40	0.50	0.70	0.80	5%
ST3 (±mm)	0.25	0.35	0.40	0.50	0.70	0.80	1.00	7%

Ví dụ tấm 3mm cấp ST2 có thể đo từ 2.60 đến 3.40mm, tấm 20mm cấp ST3 lệch được ±1.4mm. Chi tiết cắt ra thừa hưởng nguyên dung sai ấy; dao cắt không chỉnh được chiều dày của gioăng mặt bích làm từ tấm 3mm. Đơn không ghi cấp dung sai thì lúc nhận không có căn cứ trả hàng.

Lỗi sản xuất tấm cao su nhận ra bằng mắt và thước

• Bọt khí: phồng trên mặt hoặc lỗ rỗng ở mặt cắt; bọt rơi vào vùng làm kín sẽ thành đường rò, vì thế đừng cắt gioăng từ tấm đó.
• Dày lệch theo khổ: mép và giữa khổ khác nhau quá dung sai, đo thước cặp ba điểm là rõ.
• Nở lưu huỳnh (bloom): lớp bột trắng hoặc xám hiện khi tấm nguội, do lưu huỳnh trong mẻ nhiều hơn mức cao su giữ được ở nhiệt thường.
• Tấm non hoặc quá lưu hóa: non thì bền kéo trên phiếu thấp; quá thì giòn, bẻ gập nứt ở nếp.
• Mép cuộn bẹp: hậu quả dựng cuộn đứng lâu ngày, không do nhà máy; để cuộn nằm ngang hoặc treo.

Kho làm gì với tấm cao su thành phẩm

Kho không luyện, cán hay lưu hóa; tấm là hàng nhập thành phẩm, bán nguyên cuộn hoặc cắt theo mét. Hàng sẵn có dày 0.5 đến 20mm, khổ 1 mét; cỡ dày đến 100mm hay khổ 1.2 đến 3 mét làm theo đơn. Với tấm 1 đến 10mm, thời gian giao là 1 đến 3 ngày.

Máy dao rung CNC có bàn 1500x2500mm, tốc độ dao 30 đến 500mm/s, cắt tấm dày đến 20mm. Lưỡi dao không sinh nhiệt nên mép không bị cháy, và vì khỏi làm khuôn nên đơn 1 chiếc vẫn nhận. Dải, miếng đệm, đệm tròn đặt ở cắt cnc cao su; gioăng mặt bích cao su có lỗ bu lông thì gửi các số đo: kính trong, kính ngoài, vòng chia lỗ, số lỗ, kính lỗ và chiều dày. Toàn nhóm nằm trong tấm cao su kỹ thuật.

Câu hỏi thường gặp về sản xuất tấm cao su